L’exploitation des mines urbaines, une garantie pour l’avenir énergétique de l’Union Européenne ?

Exploration des initiatives et perspectives de l’Urban Mining sous le prisme du lithium au sein de l’UE

Le 14 septembre dernier, Ursula von der Leyen a déclaré à l’occasion de son discours de rentrée sur l’état de l’Union, que « le lithium sera bientôt plus important que le pétrole et le gaz ».

Le développement des énergies renouvelables et de la mobilité durable implique une importante hausse de la demande de métaux et en particulier du lithium. Qualifié « d’or blanc », il est essentiel dans la production de batteries pour véhicules électriques et pour du stockage d’énergie – qui pourraient représenter 95% de la demande de lithium en 2030 [1].

En fonction des scénarios d’engagement dans la transition énergétique et d’innovation technologique^[a], les estimations de la demande de lithium dans les décennies à venir prévoient une augmentation exponentielle de celle-ci.

Par exemple, le rapport Metals for Clean Energy estime que la demande européenne de lithium (exprimée en équivalent carbonate de lithium) pourrait atteindre 100 à 350 kt en 2030 et 700 à 860 kt en 2050 – soit une multiplication par 35 de la demande actuelle.

Pour sa part, en cohérence avec son estimation de mise en circulation de 30 millions de voitures électriques (VE) d’ici 2030, la Commission Européenne (CE) estime que pour la production des batteries de VE, la demande européenne de lithium augmentera de 1800% d’ici 2030 et de 6000% d’ici 2050 [3] [4].

L’Union Européenne prise en étau entre ses ambitions de souveraineté et la fragilité des chaines d’approvisionnement

Ces chiffres, qui illustrent l’ambition européenne d’électrifier les usages et de décarboner son économie, révèlent un enjeu majeur d’approvisionnement. Aujourd’hui l’UE ne produit pas de lithium, n’en raffine presque pas (bien que des projets miniers commencent à voir le jour) et donc dépend quasi-exclusivement d’importations.

Cette dépendance est sous-tendue par trois facteurs : les réserves mondiales de lithium sont très concentrées et enfouies sous les sols chiliens, australiens, argentins et chinois [5]; les capacités d’extraction sont assurées pour 90% par l’Australie, le Chili et la Chine ; et 60% des capacités de raffinages sont concentrées en Chine [6], et dans une moindre mesure au Chili.

A la dépendance il faut ajouter une forte probabilité de tension sur les chaines d’approvisionnement. Les extracteurs et les raffineurs n’étant pas forcément capables de faire suivre leurs capacités de production avec la demande. En cause, le manque d’investissement dans les infrastructures extractives et de raffinages associé à une temporalité des projets de l’ordre de la décennie (quatre ans de délai moyen en Australie, huit ans en Amérique du Sud entre le début de la construction d’une mine et le premier kilo de lithium extrait) [6].

Dans un contexte de tension internationale, les risques associés à la dépendance ne s’accordent pas avec les ambitions de souveraineté énergétique et d’indépendance stratégique des gouvernements européens.

C’est en considérant ces paramètres que la Commission Européenne a fait rentrer en 2020 le lithium dans sa liste des matières premières critiques, définies comme « les matières premières qui sont les plus importantes sur le plan économique et qui présentent un haut risque de pénurie d’approvisionnement » [7]. La revue de la classification des matières premières critiques a été assortie d’un plan d’action à horizons 2030 et 2050 [8]. Les principales mesures proposées sont de :

• Réduire la dépendance de l’Europe vis-à-vis de pays tiers et diversifier les sources d’approvisionnement.
• Développer la production en Europe.
• Engager le recyclage à grande échelle.

Dans cet article, nous nous concentrons sur le développement de la production en Europe et le potentiel du recyclage à grande échelle.

Qu’en est-il des projets d’extraction et de raffinage du lithium en Europe ?

Aujourd’hui l’Europe ne produit pas de lithium, excepté de toutes petites quantités au Portugal [9]. Pourtant le continent dispose de réserves importantes qui pourraient subvenir à une partie de ses besoins.

Concernant l’extraction, on compte 11 nouveaux projets européens annoncés – dont la mine du groupe minier Imerys dans l’Allier – qui affichent collectivement une production souhaitée de 164 kt d’ici 2030 [10]. Soit un peu moins de 70% des besoins projetés de l’Union à cet horizon.

Il convient de noter que ces projets souffrent de hauts niveaux d’incertitude étant confrontés à des oppositions locales, notamment en Espagne [11] (qui détient les plus grandes réserves d’Europe), au Portugal [12] et en Serbie [13]. Ces projets sont aussi moins compétitifs que leurs concurrents sud-Américains ou australiens, car soumis à des normes environnementales et sociales plus strictes et des défis technologiques plus importants [10].

Concernant le raffinage, son potentiel pourrait atteindre 155kt d’ici 2030 [10], soit légèrement moins que les capacités d’extraction et légèrement plus de 65% de la demande estimée à cette période. Si les projets de raffinage sont moins sujets aux contestations des communautés locales, les interrogations sur les coûts de l’énergie en Europe au long terme et le dumping économique sur les métaux réalisé par la Chine font planner des doutes sur la viabilité économique de ces initiatives sans soutien des pouvoirs publics.

Les projets se multiplient et seraient capables de répondre à près des 2/3 des besoins européens sur les deux prochaines décennies. Etant donnée l’incertitude qui caractérise ces projets, il faut rester prudent, diversifier les solutions, et ainsi répartir les risques.

L’Urban Mining chimère ou solution à grande échelle ?

Pour atténuer les risques d’approvisionnement, l’Urban Mining (en français, l’exploitation des mines urbaines) offre une solution parallèle au développement d’une filière lithium européenne. Pourtant de nombreuses questions se posent :

• Quelle quantité de lithium pouvons-nous espérer recycler ?
• Le recyclage présente-t-il un intérêt économique ?
• Sait-on valoriser les métaux contenus dans les batteries ?
• Et enfin comment les pouvoirs publics s’emparent-ils du sujet ?

Quelle est l’ampleur des réserves secondaires de lithium en Europe ?

Les réserves secondaires de lithium (lithium recyclable) ont un potentiel conséquent et aujourd’hui largement inexploité. Si nous prenons les objectifs fixés par le « New EU regulatory framework for batteries » – fixant le taux de récupération du lithium à 70% d’ici 2030 – ces réserves secondaires atteindraient 150 kt en 2040 (soit un peu moins de 65% de la demande estimée) et 600 kt en 2050.

Atteindre ces objectifs réduirait la hausse de la demande de lithium issu des sources primaires (extractions des sous-sols), qui passerait de 12,8% à 8% de hausse annuelle sur la période 2020-2050 [10].

Cependant, il faudra attendre 2040 avant que les quantités de lithium recyclées soient non marginales et 2050 pour que le recyclage soit la plus importante source d’approvisionnement de l’UE avec la capacité de subvenir à 75% de nos besoins selon certaines estimations [10].

Quels sont les défis à relever pour exploiter les ressources de lithium secondaires ?

Aujourd’hui, les projets de recyclage du lithium se concentrent sur la récupération des déchets issus de la fabrication des batteries (donc à proximité des sites de production, localisés en Asie) car les méthodes de recyclages des batteries finies ne sont ni au point, ni compétitives avec l’extraction [14].

Les méthodes existantes, la pyrométallurgie, l’hydrométallurgie ainsi qu’une combinaison des deux procédés ne sont pour l’instant pas suffisamment efficaces pour récupérer le lithium contenu dans les batteries au-delà de l’ordre des quelques pourcents, ce qui reste encore très loin des objectifs fixés par l’UE évoqués plus bas (80% d’ici 2031). En effet, les procédés de recyclages à grande échelle se concentrent sur les autres métaux contenus dans les batteries lithium-ion (par exemple le cobalt ou le nickel), plus faciles à revaloriser et économiquement plus intéressants. [14]

Certaines initiatives existent, mais peinent à se déployer à grande échelle. Par exemple RecycLiCO (Propriété du groupe Amercian Manganese Inc.) annonce être capable de recycler 500 kg de batteries par jour en récupérant 100% des matières actives, dont le lithium. Cependant les volumes sont faibles et les processus ne fonctionnent que pour des batteries présentant des caractéristiques précises. De son côté, LI-CYCLE CORP annonce pouvoir réduire de 74% les émissions de CO2 associées aux processus de recyclage des batteries tout en récupérant 95% des matières actives sans discrimination sur la composition chimique des batteries. Ils annoncent une capacité de recyclage de 30 000 tonnes par an en 2022 et de 65 000 tonnes fin 2023, contre 5000 fin 2020.

De leur côté – à l’instar de Renault-Véolia-Solvay et de Valmet-Fortum-Nornickel-BASF et Volkswagen-Northvolt-Hydro ou encore le partenariat entre Umicore et l’ACC – les grands industriels européens contraints par la régulation et attirés par un marché à fort potentiel sont en train de tisser des partenariats et de se positionner dans l’écosystème. Il reste que pour assurer la mise à l’échelle de la filière une série de défis économiques, logistiques et technologiques doivent être relevés.

En effet, les procédés de recyclage du lithium très énergivores se combinent mal avec un marché européen de l’énergie aux perspectives incertaines. Ce qui interroge la pertinence économique du traitement des batteries au sein de l’UE. Le développement d’une filière européenne reste en concurrence avec l’export des batteries en fin de vie vers des pays plus avancés sur le recyclage des batteries (par exemple, la Chine et le Japon) et/ou aux prix de l’énergie relativement plus faibles.

Les industriels devront aussi être capables de s’adapter aux évolutions du marché des batteries qui n’est pas encore mature et donc peu standardisé. Cela se manifeste à la fois par la composition chimique des batteries et les formes des cellules de batteries. Les chimies vont probablement évoluer et rester hétérogènes au cours des prochaines décennies. Quant aux formes des cellules des batteries lithium, elles peuvent être cylindriques, en forme de poche ou prismatique. Ces deux facteurs supposent que la filière, pour rester pertinente, soit capable de faire évoluer les procédés et infrastructures en fonction des évolutions du marché.

A cela il faut rajouter que la mise en place de canaux de collecte efficaces des batteries en fin de vie n’est pas acquise. Aujourd’hui, en Europe, un tiers des véhicules thermiques en fin de vie sont exportés sans que l’on soit capable d’identifier avec certitude leurs destins.

C’est alors en eaux troubles que les industriels doivent s’engager pour espérer pénétrer un marché encore inexistant qui atteindra sa maturité dans deux décennies.

 Quelles réponses apporte la Commission Européenne ?

Pour répondre aux incertitudes économiques et technologiques qui pèsent sur la filière, la Commission a créée en 2017 l’European Battery Alliance (EBA). Elle a pour objectif de coordonner et de permettre l’émergence d’initiatives et d’investissements sur l’intégralité de la chaine de valeur des batteries, de l’extraction au recyclage.

En 2021, 127 milliards d’euros avaient été fléchés sur le développement de l’industrie et 382 milliards supplémentaires sont attendus d’ici 2030. Pourtant, comme souligné par Maroš Šefcovic (Vice-Président de la Commission aux relations interinstitutionnelles et responsable de l’EBA) des lacunes sont à combler d’ici 2030 et notamment sur l’approvisionnement et le recyclage des métaux. Les objectifs de l’European Strategic Action Plan on Batteries, qui est la feuille de route de l’alliance, devraient être revus dans un avenir proche pour mieux intégrer ces enjeux [15] [16].

A moyen terme, la Commission actionne le levier réglementaire par l’intermédiaire de son « New EU regulatory framework for batteries ». Elle affiche une volonté forte d’encourager le recours à l’économie circulaire et de réduire les impacts environnementaux et sociaux des batteries tout au long de leur cycle de vie.

Les mesures phares de cette proposition de régulation entendent faciliter le travail des recycleurs, fixer des objectifs minimums de récupération des matériaux – dont le lithium – et contraindre les constructeurs à utiliser des métaux recyclés.

Les objectifs fixés pour le recyclage des batteries sont de :

• Faire passer le taux de collecte des batteries portables et d’ordinateurs à 63% en 2027 et à 70% en 2030 ;
• Recycler 51% du poids des batteries des véhicules légers d’ici 2030 ;
• Recycler 50% du lithium d’ici 2027 et de 80% d’ici 2031.

En parallèle de ces objectifs, le cadre réglementaire propose de fixer des critères et des normes facilitant les opérations de recyclage, il est proposé :

• D’instaurer des critères de performance et de durabilité, les batteries portables devront être facilement démontables et remplaçables, facilitant ainsi les opérations de collecte et de tri ;
• De fixer un seuil minimum de métaux recyclés dans les batteries des véhicules électriques – 12% de cobalt, 85% de plomb, 4% de lithium et de nickel d’ici 2030. Et d’ici 2035 ces taux augmenteront respectivement à 20%, 85%, 10% et 12% ;
• De répondre aux enjeux de standardisation par de nouvelles normes de sécurité et d’étiquetage permettant aux industriels d’accéder à des informations cruciales pour un recyclage efficace (durée de vie, capacité de charge et composition chimique).

Un accord politique provisoire entre le Parlement Européen et le Conseil ayant été atteint fin décembre 2022, le texte doit encore être formellement adopté avant que le règlement ne rentre progressivement en vigueur à partir de 2024.

L’Urban Mining, une bouffée d’air sous conditions

L’avis émis par les divers rapports et institutions (Commission Européenne, IEA, Université de Louvain, Eurométaux, IFRI, …) est unanime. L’Urban Mining doit figurer comme une composante essentielle des stratégies permettant de se soustraire à la dépendance et aux divers risques associés à la chaine d’approvisionnement du lithium. Le recyclage du lithium devrait aussi jouer un rôle tampon lors des pénuries qui s’annoncent au cours de la prochaine décennie.

C’est donc à grand coups de législation et d’investissement que l’Europe aborde le sujet. Pourtant malgré une ambition appuyée par des moyens importants, la partie reste incertaine. Les défis à relever sont nombreux et complexes : les procédés de recyclage ne sont pas matures, la difficile standardisation des compositions chimiques et de la forme des batteries, le manque de compétitivité de l’UE sur les prix de l’énergie, la mise en place d’une filière de collecte des batteries et leur arrivée soudaine et massive en fin de vie dans les années 2025-2030.

Malgré les obstacles et les incertitudes, les industriels et les régulateurs ont intérêt à maintenir leurs efforts réglementaires, d’investissement et de coordination pour faire émerger une filière lithium et notamment des capacités de recyclage sur le territoire européen. L’Europe n’a pas d’alternative pour à la fois, atteindre ses objectifs environnementaux et assurer sa souveraineté et son indépendance énergétique.

Bibliographie

[a] Etant sujet à de multiples facteurs, les estimations de la demande de Lithium sont à prendre avec précaution. Pour plus d’information il est possible de se référer aux sources, qui mettent en perspectives les estimations avec des scenarios spécifiques d’innovation technologiques et de stratégie climat.